кассетный каталитический нейтрализатор

Формула изобретения

Кассетный каталитический нейтрализатор, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительным, восстановительным и окислительно-восстановительным блоками, поперечными перегородками со сквозными окнами, входными и выходными патрубками, отличающийся тем, что пористый блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические окислительный, восстановительный и окислительно-восстановительный блоки установлены последовательно попарно в сквозные и введенные глухие окна поперечных перегородок с образованием кассет, причем каждая последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон, а каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, буртами, тепловой изоляцией между этими стенками, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими окислительными и восстановительными блоками, поперечной перегородкой с буртами и со сквозными окнами, входным и выходным патрубками, канал для подвода вспомогательного газа. Этот канал соединен с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями каталитических блоков, выполненных в виде коаксиально установленных полых цилиндров. Внутренние стенки образованы наружными поверхностями металлокерамических пористых проницаемых каталитических окислительных блоков. Эти блоки установлены с зазором между их наружными поверхностями и внешними стенками корпуса, одновременно являющимися теплоизоляцией. Пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительные и восстановительные блоки помещены на буртах корпуса и поперечной перегородки (см. патент РФ №2120554, МПК⁶ F 01 N 3/28).

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля является низкая эффективность очитки отработавших газов вследствие недостаточной, по отношению к габаритам, удельной поверхности металлокерамических пористых проницаемых каталитических окислительных и восстановительных блоков, выполненных в виде полых цилиндров, невысокая топливная экономичность, обусловленная высоким противодавлением, создаваемым этими блоками на выпуске дизеля; пониженная долговечность вследствие разрушения блоков при ударах, обусловленного их большими массой и габаритными размерами.

Известен также многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми каталитическими окислительными, восстановительными и окислительно-восстановительными блоками, смежными поперечными перегородками с буртами и сквозными окнами, входным и выходным патрубками, канал для подвода вспомогательного газа. Внутренние стенки корпуса образованы наружными поверхностями пористых проницаемых металлокерамических пористых каталитических окислительно-восстановительных блоков. Эти блоки установлены с зазором между их наружными поверхностями и внешними стенками корпуса, одновременно являющимся теплоизоляцией. В качестве блока фильтрации твердых частиц использованы фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композиционного материала, ассиметрично размещенных внутри коаксиально установленных пористых проницаемых металлокерамических каталитических окислительного и восстановительного блоков. Блок фильтрации твердых частиц и каталитические блоки выполнены в виде полых цилиндров и установлены в буртах поперечных перегородок и крышек корпуса. Канал для подвода вспомогательного газа соединен с полостью, образованной внутри корпуса внешней поверхностью блока фильтрации твердых частиц и внутренней поверхностью пористого проницаемого металлокерамического каталитического окислительного блока (см. патент РФ №2163300, МПК⁷ F 01 N 3/28).

Последняя конструкция многоступенчатого каталитического нейтрализатора дизеля является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Основными недостатками многоступенчатого каталитического нейтрализатора является низкая эффективность очистки отработавших газов вследствие недостаточной по отношению к габаритам удельной поверхности пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков и блока фильтрации твердых частиц, выполненных в виде полых цилиндров; невысокая топливная экономичность, обусловленная высоким противодавлением, создаваемым этими блоками на выпуске двигателя; низкие долговечность, вследствие разрушения блоков при ударах, обусловленного их большими массой и габаритными размерами, и технологичность изготовления из-за необходимости производства фасонных перегородок с буртами и крышек с буртами, а также блоков с различными формами.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки отработавших газов и топливной экономичности двигателя, повышения долговечности и технологичности изготовления каталитического нейтрализатора.

Для достижения этого технического результата в кассетном каталитическом нейтрализаторе, содержащем корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими окислительным, восстановительным и окислительно-восстановительным блоками, поперечными перегородками со сквозными окнами, входным и выходным патрубками, пористый блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный, окислительно-восстановительный и восстановительный блоки установлены последовательно попарно в сквозные и введенные глухие окна поперечных перегородок с образованием кассет. Каждая последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон. Каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты.

Повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя обеспечивается путем развития удельной поверхности пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков образованием кассетных конструкций из последовательно попарно установленных в сквозные и глухие окна поперечных перегородок пористого блока фильтрации твердых частиц, пористых проницаемых металлокерамических каталитических окислительного, окислительно-восстановительного и восстановительного при развороте каждой последующей перегородки относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный 180°, а также путем организации двойной очистки отработавших газов в одной кассете.

Повышение топливной экономичности двигателя обеспечивается путем снижения противодавления на выпуске, создаваемого предлагаемыми кассетными конструкциями, образованными блоками с поперечными перегородками.

Повышение долговечности кассетного каталитического нейтрализатора обеспечивается путем повышения прочности блоков при ударах, обусловленного снижением их массы и габаритных размеров.

Кассетный каталитический нейтрализатор имеет более высокую технологичность изготовления вследствие того, что он обеспечивает функциональное назначение однотипными перегородками и блоками одной формы.

Предлагаемое выполнение кассетного каталитического нейтрализатора относит его к классу многоступенчатых, так как в нейтрализаторе существует несколько ступеней очистки отработавших газов, к разряду комбинированных, так как в качестве ступеней очистки используются пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки и пористые блоки фильтрации твердых частиц из металлокерамики.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается выполнением ступеней очистки в виде кассет, содержащих поперечные перегородки с глухими и сквозными окнами, положением перегородок относительно продольной оси нейтрализатора, попарным соединением двух ступеней очистки в одну кассету. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих изложенное техническое решение и используемых для решения аналогичной задачи. Поэтому техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез кассетного каталитического нейтрализатора.

Стрелками на чертеже показано движение отработавших газов.

Кассетный каталитический нейтрализатор содержит корпус 1 с фланцами 2, входным 3 и выходным 4 патрубками, оснащенными фланцами 5 и 6, торцевой крышкой 7, внешними 8 и внутренними 9 стенками, между которыми размещена теплоизоляция 10.

Полость реактора образована внутренними поверхностями торцевой крышки 7, внутренней стенки 9 и торцевой стенки 11. В полости реактора с помощью распирающих колец 12 установлены поперечные перегородки 13 с глухими 14, 15 и сквозными 16, 17 окнами. Пористый блок фильтрации твердых частиц 18, выполненный из металлокерамики, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный 19, окислительно-восстановительный 20, восстановительный 21 блоки установлены последовательно по движению отработавших газов в сквозные 16, 17 и глухие 14, 15 окна поперечных перегородок с образованием кассет, первой и второй.

В нейтрализаторе блоки 18, 19, 20 и 21 установлены таким образом, что каждая кассета представляет собой две ступени очистки. В кассетах одна половина блоков имеет сквозные окна 16 со стороны подвода газов, а другая половина блоков имеет сквозные окна 17 в сторону отвода газов, то есть пористый блок фильтрации твердых частиц 18 помещен в сквозном 16 и глухом 14 окнах и пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок 19 помещен в глухом 15 и сквозном 17 окнах своей кассеты, а пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 20 помещен в сквозном 16 и глухом 14 окнах и пористый проницаемый металлокерамический каталитический восстановительный блок 21 помещен в глухом 15 и сквозном 17 окнах своей кассеты.

Каждая последующая поперечная перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей поперечной перегородкой на угол, составляющий 180°, равный углу между осями сквозного и глухого окон, например, между осями сквозного 17 и глухого 14 окон, то есть поперечные перегородки одной кассеты развернуты относительно оси нейтрализатора на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон.

Реактор-нейтрализатор разделен поперечными перегородками и блоками на отдельные полости: полость входа 22, внутренняя полость 23 первой кассеты, промежуточная полость 24, внутренняя полость 25 второй кассеты, полость 26 выхода газов.

Предлагаемый кассетный каталитический нейтрализатор работает следующим образом. По входному патрубку 3 газы проходят в полость входа 22 реактора. Через окна 16 газы входят в полые блоки и направляется через стенки пористого блока фильтрации твердых частиц 18. Далее газы оказываются во внутренней полости 23 первой кассеты и продолжают движение через стенки пористого проницаемого металлокерамического каталитического окислительного блока 19 и через окна 17 отводятся в промежуточную полость 24. Из полости 24 газы поступают через окна 16 в полый пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 20, проходят через его пористые стенки, дополнительно очищаются и попадают во внутреннюю полость 25 второй кассеты. Далее газы проходят через стенки пористого проницаемого металлокерамического каталитического восстановительного блока 21, доочищаются и через окна 17 отводятся в полость 26, выходят по патрубку 4 - в атмосферу.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается более полная очистка отработавших газов, более высокая топливная экономичность дизеля за счет снижения противодавления на выпуске, более высокая долговечность каталитических блоков за счет снижения их массы и габаритных размеров, более высокая технологичность изготовления.

По сравнению с прототипом, образование кассет из блоков позволило обеспечить каждой кассете по две ступени очистки, что способствует повышению качества очистки отработавших газов дизелей.